2017-机械设备行业“未来机器”系列深度之九：液态金属颠覆物质形态，想变就变_14页_2mb

液态金属研究报告总结

核心内容

本报告聚焦于液态金属这一新型非晶材料，探讨其在材料科学、制造技术及未来机器人领域的应用潜力。液态金属是一种具有独特物理和化学性能的非晶态金属玻璃材料，具备高强度、高弹性、高硬度、耐腐蚀、耐磨擦、玻璃化转化等特性，被认为是未来智能硬件和高端制造的重要发展方向。

主要观点

• 液态金属属于非晶合金，其原子排列无序，具有与晶态金属不同的优越性能。
• 液态金属在多个领域展现出广阔的应用前景，包括航空航天、汽车制造、体育用品、生物医用等。
• 国内科研团队在液态金属研究方面走在世界前列，如中科院和清华大学医学院联合团队首次发现自驱动的仿生型液态金属软体动物，为液态金属机器人发展奠定了基础。
• 液态金属机器人是未来研究的重点，其具有柔性、自主运动和变形能力，有望在医疗、智能工具等领域实现重大突破。
• 尽管液态金属技术仍处于基础研发阶段，但随着技术进步，其产业化前景值得期待。

关键信息

液态金属的特性

• 高强度：液态金属的屈服强度在 $0.5\mathrm{GPa}$ 到 $6\mathrm{GPa}$ 之间，是传统钢材的 2~3 倍。
• 玻璃化转化：液态金属加热时呈现半流动玻璃态，转化温度约为熔化温度的 0.5~0.6 倍。
• 优异性能：具有软磁性能、抗腐蚀、高弹性、高硬度、耐磨擦等特性。
• 非磁性：具有反探测特性，适用于军事和隐蔽应用。

应用领域

1. 液态金属钢材：用于海军船舰表面防护，具有高抗打击能力和非磁性。
2. 轻量化材料：铝基和镁基液态金属具有高强度低密度，适用于航空航天和汽车制造。
3. 液态金属工具：如“光剑刀”，能自动成型并具备多种使用形态。
4. 高档体育用品：高尔夫球杆、棒球棒等，能量传递效率高达 $99%$。
5. 生物医用材料：可用于修复神经、人造骨、手术刀等，具有良好的生物安全性和耐腐蚀性。

技术进展

• 我国科学家在液态金属领域取得了多项突破，如自驱动仿生型液态金属软体动物的发现。
• 液态金属可“吃”燃料（如铝）并实现自主运动，具有变形和自我修复能力。
• 液态金属机器人技术融合了材料、生物学、机器人、电子、计算机等多学科知识，未来可实现自由变形和智能控制。

风险提示

• 自主运动可变形液态金属技术仍处于基础原理研发初期，离产业化还有一定距离。
• 液态金属技术的实际应用进度可能低于预期。

投资建议

• 行业评级：机械设备（通用机械II）为“增持”（维持）。
• 公司评级体系：根据公司股价相对于沪深300指数的表现，分为买入、增持、中性、减持、卖出五档。
• 报告发布日期：2015年9月18日。

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图表目录

• 图1：非晶态结构与晶态结构对比
• 图2：液态金属示意图
• 图3：非晶合金制品
• 图4：T-1000 液态金属机器人
• 图5：液态金属强度数据
• 图6：液态金属熔点
• 图7：液态金属玻璃化过程
• 图8：杜威兹教授与快速凝固法
• 图9：Au-Si X光衍射曲线
• 图10：中科院研制的大块非晶合金
• 图11：液态金属在穿甲弹、卫星展开机构和太阳能收集器中的应用
• 图12：光剑刀
• 图13：光剑刀的五种使用形态
• 图14：液态金属高尔夫球杆
• 图15：液态金属棒球棒
• 图16：液态金属修复神经
• 图17：液态金属医疗应用
• 图18：液态金属在U形槽道中的运动
• 图19：液态金属在多种槽道中的运动
• 图20：液态金属人工软体动物
• 图21：液态金属机器人概念图1
• 图22：液态金属机器人概念图2

表格目录

• 表格1：晶态、非晶态和液态在空间结构上的异同
• 表格2：液态金属钢材与传统钢材比较